鄂尔多斯盆地华庆地区天然裂缝与岩石力学层演化:基于数值模拟的定量分析

岩石力学层控制天然裂缝发育程度与成因机制,同样地,裂缝发育也会影响岩石力学参数的大小与各向异性.受成岩与构造作用的双重影响,岩石力学层会发生迁移,因此,控制裂缝发育的岩石力学层及适用于预测天然裂缝分布的岩石力学层可能不再存在.本文提出了一种采用储层地质力学方法分析构造因素控制下的岩石力学层迁移规律模拟方法 .通过野外观测建立三维裂缝离散网络模型,采用岩石力学实验测量岩石与裂缝面的力学参数,编制三循环法模拟程序研究不同尺寸、不同方位的裂缝性岩体等效力学参数,提出了裂缝性储层地质力学建模最优网格单元大小确定方法,并建立了裂缝参数与岩体力学参数间的数学模型.最后,通过不同时期古应力场数值模拟,预测裂缝的密度、产状,实现了构造因素控制下岩石力学层迁移规律数值模拟.结合鄂尔多斯盆地西缘裂缝组合样式及后期应力场模拟的精度要求,确定地质力学建模最优网格单元大小为28 m;在地质力学建模中,过小的网格单元尺度不能完整刻画单元内的裂缝发育模式.从燕山期至喜马拉雅期到现今,伴随着天然裂缝的发育,岩体杨氏模量总体呈下降趋势,泊松比增大,并且岩石杨氏模量与泊松比间的空间差异性逐渐减小.     

碳酸盐岩地层裂缝层控性发育特征研究——以柯坪地区奥陶系碳酸盐岩为例

下古生界碳酸盐岩地层是塔里木盆地油气勘探的重点层系,而裂缝系统是影响碳酸盐岩储层非均质性的重要因素,裂缝的空间发育分布不仅影响着储层的岩溶改造,还在一定程度上控制了油气的运移聚集。近年来,随着在塔里木盆地阿满过渡带的走滑断裂带取得一系列重大油气勘探发现,断裂的控储、控藏作用逐渐得到重视。为研究碳酸盐岩地层中裂缝的空间发育规律及控制因素,结合前人研究成果,对柯坪地区奥陶系碳酸盐岩野外露头剖面进行了详细解剖。结果表明,裂缝在垂向地层中具有层控性发育的特征,层序边界、岩性界面、岩层界面等沉积界面控制了碳酸盐岩地层裂缝的发育,裂缝的终止端多位于该类界面处或附近;同时,裂缝的发育还受岩层厚度的影响,当岩层厚度较小时,裂缝密度总体上随岩层厚度的增大而增大,而当岩层厚度超过一定值1.0～1.5 m时,裂缝密度趋于恒定。碳酸盐岩地层裂缝的层控性发育对流体在地层中的流动具有重要影响,力学界面处裂缝的大量终止促使裂缝系统内流体的主要流动方向发生改变,从而影响岩溶作用的发育和分布,力学界面附近是形成区域性岩溶孔洞、洞穴系统的有利部位。     

准噶尔盆地四棵树凹陷侏罗系—白垩系储层岩石力学参数研究

随着准南前陆中生界油气勘探持续突破,构造解析与储层评价越来越重要,与二者密切相关的岩石力学参数研究却鲜有涉及。针对准南前陆四棵树凹陷侏罗系—白垩系岩芯、测井、地震资料现状,结合三轴岩石力学实验和三维岩石力学反演方法,明确研究区岩石力学参数特征。结果表明:研究区储层动、静态杨氏模量和泊松比均呈正相关线性关系,岩石力学参数受岩性变化控制,白垩系清水河组下部与侏罗系头屯河组、西山窑组、八道湾组杨氏模量较高、泊松比较低,白垩系清水河组上部、侏罗系三工河组杨氏模量较低、泊松比较高;随着杨氏模量增加、泊松比降低,岩石抗压强度增加。基于高泉地区岩石力学参数反演结果表明,杨氏模量越大、泊松比越小,裂缝发育指数越高,越容易形成裂缝。白垩系清水河组上部、侏罗系三工河组裂缝发育指数小于0.4,裂缝不发育、油气显示差;白垩系清水河组下部、侏罗系西山窑组与头屯河组裂缝发育指数大于0.4,裂缝发育、油气显示好,因此此研究成果对研究区深层油气勘探具有重要指导意义。      

四川盆地泸州地区海相页岩天然裂缝特征及主控因素

天然裂缝的特征是评价页岩气富集和保存规律中重要的地质指标.以四川盆地南部泸州地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为研究对象,基于地震、测井、岩心、薄片、扫描电镜及分析化验资料,深入开展了天然裂缝成因类型、发育特征和主控因素的研究.结果表明：泸州地区五峰组-龙马溪组页岩裂缝按照地质成因可分为构造裂缝、成岩裂缝和异常高压裂缝3种类型,构造裂缝按照裂缝的力学性质和与岩石力学层的关系细分为穿层剪切裂缝、顺层剪切裂缝和层内张开裂缝,成岩裂缝分为页理缝和收缩裂缝.泸州地区构造裂缝和页理缝大量发育,收缩裂缝和异常高压裂缝发育程度较低.构造裂缝的分布和发育程度受到断层、褶皱、岩石力学层和脆性的控制,页理缝的发育主要受脆性、有机质含量和纹层的控制.     

Formation and Distribution of Deep High Quality Reservoirs of Ordovician Yingshan Formation in the Northern Slope of the Tazhong Area in Tarim Basin

塔中地区是塔里木盆地的重点勘探区域,奥陶系鹰山组蕴藏了丰富的油气资源.鹰山组发育大套台地相碳酸盐岩,以高能相的台内滩沉积为主.鹰山组埋藏较深,但岩溶储层呈大面积厚层状分布.早奥陶世塔中Ⅰ号断裂使得塔中隆起隆升并遭受强烈剥蚀形成下奥陶统鹰山组顶部风化壳,以孔洞型和裂缝-孔洞型储层为主.通过古地貌恢复、地震属性分析和地震测井联合波阻抗反演技术和方法识别溶洞发育带和断层裂缝发育带,确定出有利储层的分布范围.研究认为,岩性岩相是岩溶型储层发育的重要基础,层间岩溶控制了储层的成层性和横向展布规模,断裂和裂缝网络是岩溶水的主要渗滤通道,埋藏岩溶形成大量有效的缝洞空间,极大地提高了储集性能.研究发现,优质储层主要分布在鹰山组顶面以下120 m地层厚度范围内,横向有一定连通性,在断层、构造裂缝和溶蚀作用下形成统一的储集体,呈准层状展布.     

库车东部碎屑岩层厚和岩性对裂缝发育的影响EI北大核心CSCD

层厚和岩性是控制裂缝发育的重要因素,尤其在构造不太发育的地区,层厚和岩性与裂缝发育的规律性对储层裂缝的预测更为重要。文章以库车东部中-下侏罗统碎屑岩地层为例,重点研究层厚和岩性控制构造裂缝的分布规律,对其构造裂缝面密度进行了定量化研究。研究结果表明,层厚影响构造裂缝发育程度:薄层比厚层更易发育构造裂缝。在相同层厚条件下、不同岩性碎屑岩中,裂缝面密度由小到大依次为砾岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩和粉砂质页岩,即在相同构造环境和等厚地层的情况下,碎屑岩粒级越小,面密度越大。对层厚和岩性影响裂缝发育的力学机制进行了探讨:不同层厚中的裂缝发育差异与应力分布状态有关;而不同岩性中裂缝密度之所以不同,则是因为不同岩性的破裂强度不同。     

致密低渗透砂岩储层多尺度天然裂缝表征方法

本文利用地表露头、岩芯、测井、三维地震和微观分析资料,根据多尺度裂缝的发育特征及不同资料的精度,探讨了多尺度裂缝的表征方法。致密低渗透砂岩储层发育多尺度天然裂缝,根据天然裂缝规模以及限制天然裂缝扩展延伸的岩石力学层界面,将天然裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝、小尺度裂缝和微尺度裂缝4级,不同尺度裂缝的发育特征存在较大差异。其中大尺度裂缝主要应用三维地震资料的叠后属性进行检测和表征;中小尺度裂缝在单井上可以应用岩芯、成像测井和常规测井相结合的方法进行表征,在平面上采用基于地质和测井约束的三维地震叠前各向异性分析以及储层地质力学相结合的方法进行综合预测和评价;微尺度裂缝一般应用铸体薄片、普通薄片、扫描电镜和三维CT扫描等微观分析方法进行观察描述,通过主控因素约束的方法进行预测。利用本文提出的多尺度裂缝表征方法实现了对鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩储层多尺度裂缝表征,可为其它致密低渗透砂岩储层多尺度裂缝表征提供借鉴。     

致密低渗透砂岩储层多尺度天然裂缝表征方法

本文利用地表露头、岩芯、测井、三维地震和微观分析资料,根据多尺度裂缝的发育特征及不同资料的精度,探讨了多尺度裂缝的表征方法。致密低渗透砂岩储层发育多尺度天然裂缝,根据天然裂缝规模以及限制天然裂缝扩展延伸的岩石力学层界面,将天然裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝、小尺度裂缝和微尺度裂缝4级,不同尺度裂缝的发育特征存在较大差异。其中大尺度裂缝主要应用三维地震资料的叠后属性进行检测和表征;中小尺度裂缝在单井上可以应用岩芯、成像测井和常规测井相结合的方法进行表征,在平面上采用基于地质和测井约束的三维地震叠前各向异性分析以及储层地质力学相结合的方法进行综合预测和评价;微尺度裂缝一般应用铸体薄片、普通薄片、扫描电镜和三维CT扫描等微观分析方法进行观察描述,通过主控因素约束的方法进行预测。利用本文提出的多尺度裂缝表征方法实现了对鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩储层多尺度裂缝表征,可为其它致密低渗透砂岩储层多尺度裂缝表征提供借鉴。     

泥岩盖层内断层垂向封闭能力综合定量评价:以南堡凹陷5号构造东二段泥岩盖层为例

为了更加准确地评价盖层内断层垂向封闭能力,在利用实验验证岩石各向异性对排替压力影响的基础上,结合断层岩与储层岩石的力学分解关系,综合考虑不同类型岩石压实成岩时间对排替压力的影响,对断层垂向封闭的断-储排替压力差法进行改进,并以此来定量评价渤海湾盆地南堡凹陷5号构造F_(np5-3)和F_(np5-5)两条主要断层的垂向封闭能力。研究结果表明:存在一个断-储排替压力差封油气下限值,只有当断层岩排替压力大于储层岩石排替压力且二者差值大于等于封油气下限值时,断层垂向封闭。由此确定反向断层F_(np5-3)的封油气下限值为0.221 MPa,顺向断层F_(np5-5)的封油气下限值为0.311 MPa;受油气富集部位及断裂带内部结构发育特征的影响,反向断层较顺向断层更易形成封闭,此评价结果与油气分布规律吻合关系较好。而利用改进前方法得到的评价结果(断层垂向不封闭)与实际钻井含油气性相矛盾,表明改进后方法在综合定量评价断层垂向封闭能力时的合理性与可行性。     

渝东南下古生界页岩构造裂缝形成及分布控制因素

天然裂缝对页岩气储集和渗流有重要影响,但目前对页岩构造裂缝研究不够深入。本文通过露头、岩心裂缝观察和分析,探讨了渝东南下古生界页岩构造裂缝类型、形成机理及分布控制因素。基于裂缝特征及力学成因,将剪切裂缝分为高角度剪切裂缝、倾斜滑脱裂缝和水平滑脱裂缝。倾斜滑脱裂缝是在上覆岩层重力和水平构造应力共同作用下沿应力集中的软弱面发生剪切滑动形成,水平滑脱裂缝是在构造挤压应力作用条件下主要沿页理面方向的剪切或层间滑动形成;页理发育程度及岩层曲率是控制水平滑脱裂缝形成的关键因素,岩石矿物组成、构造作用及岩层厚度是控制其它类型构造裂缝形成和分布的主要因素,页岩岩石力学层的划分需要根据裂缝特征、岩性变化特征、岩石力学参数及沉积界面等综合确定,岩层厚度与层间构造裂缝密度呈负相关关系。     

砂泥岩间互地层等效岩石力学参数计算模型及其应用

以地层岩石的变形分析为基础,从能量的角度出发,利用应变能理论及能量守恒定律推导出了等效岩石力学参数的一般计算公式,并建立了测井资料计算模型;利用该模型计算了库车坳陷克拉A气田目的层系巴什基奇克组的等效岩石力学参数,并以计算结果为基础进行了应力场及储层裂缝的数值模拟;最后讨论了等效岩石力学参数测井资料计算模型的优点及适用条件。模拟结果显示,储层裂缝集中发育在背斜高点及单斜构造部位,与气田目前的开发实践基本一致,表明了所建模型的合理性;等效岩石力学参数适用于区域性的横向应力场及储层裂缝预测,不适于预测局部或垂向上的储层裂缝分布规律。     

塔里木盆地塔中北斜坡奥陶系鹰山组深部优质岩溶储层的形成与分布

塔中地区是塔里木盆地的重点勘探区域,奥陶系鹰山组蕴藏了丰富的油气资源。鹰山组发育大套台地相碳酸盐岩,以高能相的台内滩沉积为主。鹰山组埋藏较深,但岩溶储层呈大面积厚层状分布。早奥陶世塔中I号断裂使得塔中隆起隆升并遭受强烈剥蚀形成下奥陶统鹰山组顶部风化壳,以孔洞型和裂缝-孔洞型储层为主。通过古地貌恢复、地震属性分析和地震测井联合波阻抗反演技术和方法识别溶洞发育带和断层裂缝发育带,确定出有利储层的分布范围。研究认为,岩性岩相是岩溶型储层发育的重要基础,层间岩溶控制了储层的成层性和横向展布规模,断裂和裂缝网络是岩溶水的主要渗滤通道,埋藏岩溶形成大量有效的缝洞空间,极大地提高了储集性能。研究发现,优质储层主要分布在鹰山组顶面以下120m地层厚度范围内,横向有一定连通性,在断层、构造裂缝和溶蚀作用下形成统一的储集体,呈准层状展布。     

南堡凹陷1号构造断层垂向封闭能力定量评价

通过对断裂带内部结构及其特征研究发现,断层岩是断层构成的重要部分,断层垂向封闭能力的强弱关键取决于油气运移方向断层岩与下伏储层岩石的排替压力差.若断层岩排替压力大于等于储层岩石,断层垂向封闭,其封闭能力的大小取决于二者排替压力差值的大小,差值越大,断层垂向封闭能力越强;反之断层垂向开启.断层岩的排替压力大小受泥质含量、压实成岩程度、岩石结构方向性等因素的影响,其泥质含量越高、压实成岩程度越大、断面方向与铅直方向夹角越小,断层岩排替压力越大.基于断层垂向封闭机理及影响因素,综合实验室不同角度泥岩样品排替压力测试结果与岩石力学分解关系,在确定与目标点断层岩具有相同压实成岩程度围岩地层的基础上,建立了一套定量评价断层垂向封闭能力的方法,并将其应用于渤海湾盆地南堡凹陷1号构造内典型断层垂向封闭能力评价中,结果表明:f1断层在不同测线处的断-储排替压力差为-0.114~1.035 MPa,除L7~L11测线处其他测线内断层岩排替压力均大于储层岩石,断层垂向封闭,与油气分布吻合关系较好.通过与未考虑岩石结构方向性方法的比较,证实该方法具有更好的可行性和更高的可信度.      

准噶尔盆地春晖油田石炭系火山岩储层控制因素分析

春晖油田石炭系火山岩地层中,油气富集程度与储层发育程度呈正相关关系。研究认为,储层的发育与分布主要受岩相、岩性和构造运动的控制。岩相控制岩性,岩性控制储集空间组合类型,溢流相和火山沉积相围绕爆发相具有环带状分布特点,从火山角砾岩→玄武岩、安山岩→凝灰岩,储集性能逐渐变差;构造运动则控制裂缝的发育及溶蚀作用,断层周边微裂缝发育,沿着微裂缝则溶蚀作用增强,次生孔隙发育。     

凹陷向斜区岩性类油藏油富集主控因素及成藏模式--以松辽盆地升西-徐家围子向斜葡萄花油层为例

凹陷向斜区岩性类油藏是油气勘探的新领域,以松辽盆地升西-徐家围子向斜葡萄花油层为解剖对象,在向斜区构造单元细分基础上,对不同构造部位油藏类型和油水分布规律进行剖析:向斜外缘缓坡区主要发育油水界面相对统一的构造-岩性油藏;向斜过渡陡坡区主要发育上油下水或油水互层的断层-岩性油藏;向斜中心深洼区主要发育油水到置的岩性油藏;油平面上受断层密集带背形构造控制呈“条带状”分布,垂向上受沉积演化序列和微相物性差异影响“择层”分布。进而对向斜区油成藏主控因素与成藏模式进行了研究,得出向斜区成藏的4个主控因素:①有效烃源岩匹配古构造决定南北构造单元油富集差异;②油源断层组成油优势输导通道;③微相物性差异造成高孔渗分流河道砂体为油聚集优质储层;④断层密集带背形构造构成油富集主要部位。最终建立了向斜区4种成藏模式:①向斜中心深洼区断层密集带背形构造控藏模式;②向斜中心深洼区断层密集带间油选择性充注分流河道控藏模式;③向斜过渡陡坡区反向断层遮挡控藏模式;④向斜外缘缓坡区正向构造圈闭控藏模式。     

断层力学科学范畴、发展脉络评论及未来发展思考

为了看清断层力学的理论全貌,文章研究了断层力学的发展脉络、应有体系、框架性缺失,总结了学术各界关注点及研究内容差异。结果表明断层力学关联领域存在尺度差异和目标差异,断层力学是多学科纽带,却是"三不管"地带。岩石裂纹和含内部构造的断层之间存在尺度差异和变形速度差异。断层力学的百年发展经历了从外力研究断层-构造应力场-滑移线场研究断层三个阶段,这三个阶段总的发展方向就是逐渐简化、实用化,阻碍了定量理论的发展。"Mohr范式"是支撑,带有实用化、简单化特点,也阻碍了断层力学向机理化和定量化方向发展。断层研究存在正演和反演两类方法,正演主要包括实验断层力学和理论断层力学两类途径,正演和反演结合是未来发展方向。"地质力学"秉承"力学统一律",体现断层空间联系和力学联系,属于"广义断层力学"范畴。"广义断层力学"体系适用"统一发展,关注联系"发展途径,"狭义断层力学"体系适用"分散发展,各自攻克"发展途径。先存断层或薄弱带控制后生断层,并影响应力展布,"应力制约论"是重要方向。未来将产生"流变摩擦学"和"断层岩组构摩擦学"两个方向,"断层岩组构摩擦学"应整合显微构造学成就,研究岩石组构稳定特征、流变特征、广义摩擦特征等,需要将显微构造学唯象理论上升到大尺度断层力学理论中,将岩石组构引入到岩石力学实验中。不同尺度关注点不同、理论不同、取用参数不同,加剧了研究群体的隔离。断层内泥粒是可以迁移的,由此产生"断层泥粒迁移学"。断层闭锁的概念需要重新考虑,未来研究应立足"慢应变"和"大尺度"的断层摩擦延展力学。      

湖相致密白云岩不均一油藏特征及主控因素

渤海湾盆地塘沽地区沙三5亚段发育湖相含油泥质白云岩层系,油藏顶面埋深2 800~3 600 m,属于中深-深层的断块-岩性油藏,储层为致密裂缝白云岩.本文通过岩心观察、实验室分析、压力测试、裂缝分析等手段,重点研究了致密白云岩储层岩石相、储集性、复杂含油性和油藏不均一性特征,分析了成藏主控因素及成藏模式.研究表明:储层岩性以白云岩、泥质白云岩为主,为中-低孔、低渗-特低渗的裂缝-孔隙型储层,储集空间主要为晶间孔、溶孔、裂缝及溶缝;超压与含油性密切相关,超压断块井均中高产、含水率低于20%且呈持续降低趋势,常压断块井均低产、含水率高于55%且稳定-上升趋势;白云岩层系内厚层泥岩为优质烃源岩,提供充足油源;断层封闭性控制油气聚集,进而控制生烃型超压的分布,超压成为油气富集的重要标志;油气充注晚于断块-岩性圈闭形成时间,使油气充注有效.      

火山岩风化壳储层特征及分布规律——以准噶尔西北缘中拐凸起石炭系火山岩为例

火山岩风化壳储层已成为重要的油气勘探新领域,开展风化壳储层特征及分布规律研究对火山岩油气勘探具有重要的理论和现实指导意义。利用钻井、岩心、测井、地震、分析化验等资料,从火山岩形成环境着手,对准噶尔盆地西北缘中拐凸起石炭系火山岩风化壳储层特征及控制因素开展综合研究,明确火山岩风化壳油气成藏模式及分布规律。研究表明:中拐凸起石炭系火山岩形成于岛弧环境,岩性以安山岩、凝灰岩为主;火山岩风化壳结构分为风化黏土层、强风化带、弱风化带及致密未风化带4层结构,其中强风化带储层物性最好,为主要的储层发育区;有效储集空间主要为次生孔隙和裂缝,裂缝对储层渗流能力有较好的改造作用;风化壳储层主要受风化淋滤作用、岩性岩相、构造位置及断裂(裂缝)等因素的控制;油气主要分布在距风化壳顶面480 m范围内,具有沿三带(靠近断裂带、构造高部位地带、有利岩相发育带)、一面(不整合面附近)分布的富集规律。     

多角度弹性阻抗反演在准噶尔盆地风城地区的应用

准噶尔盆地西北缘风城地区二叠系风城组岩性复杂,沉积岩、白云岩、火山岩三大岩类均有发育,储层预测困难,制约了该区的油气勘探。这里研究采用多角度弹性阻抗联合反演方法,针对目的层开展基于岩石物理建模考虑的测井资料分析与解释工作,选择合适的岩石物理建模方法来完成工区内所有井的横波预测,优选弹性参数建立工区岩性含油气性与弹性参数量板,针对工区复杂的构造背景,建立带逆断层的构造模型用于反演初始模型的建立。通过多次反演参数试验,完成了工区的储层预测工作。实际效果分析表明,多角度弹性参数反演结果与已钻井吻合较好,同时还预测了新的含油气区,证明了此项技术在该区行之有效。     

塔里木盆地北缘碳酸盐岩野外构造裂缝发育规律研究

海相碳酸盐岩的油气勘探日益受到我国的重视。碳酸盐岩通常比较致密,需要通过各种地质作用的改造才能成为良 好储层。本文通过对塔里木盆地北缘碳酸盐岩野外构造裂缝发育情况的分析,认为岩性、层厚、风化壳、流体改造和构造 作用等因素是控制碳酸盐岩构造裂缝发育情况的主要因素。粗晶白云岩裂缝比细晶的发育;岩层越薄,裂缝越发育;风化 壳上部有利于裂缝发育;热液作用有利于裂缝扩展,但充填后降低裂缝的有效性;褶皱的曲率越大,裂缝越发育;靠近断 层裂缝发育,裂缝密度与距断层的距离呈指数关系。